Wie wird der Wechselrichter für eine auf Ost- und Westdach eines EFH installierte PV-Anlage dimensioniert?

Question

Es geht um eine PVA auf EFH in Leipzig, optimiert auf Eigenverbrauch eines 2-Personen-Haushalts (Ruheständler) - max. 3.000 kWh Jahresverbrauch. Dachneigung 45° exakt nach O und W mit jeweils einer Modulreihe nahe am First: O-Dach max. 8 Module, W-Dach bis zu 10 Module möglich.

Nur einer von 3 Anbietern, die in engere Wahl kommen, hat den Wechselrichter kleiner als die installierte Gesamtleistung dimenioniert.

Joachim S.

Answer 1

Hallo Anonym,

ich bin hier etwas anderer Meinung wie Herr Stöhr. Ich betreue bereits seit ca. 4 Jahren PV-Anlagen mit Ost-/West-Ausrichtung. Da wir in dieser Kombination in der Gesamtleistung gar nie über 70% der Modulleistung kommen lege ich den Wechselrichter auf maximal 70% der Modulleistung aus. Hier die Grafik des Tages mit dem höchsten Ertrag aus dem Jahr 2015 einer dieser Anlagen:

Sie können gut erkennen, dass der maximale Ertrag an diesem Tag bei ca. 6 kW gelegen hat. Die Anlage hat 8,82 kWp  bei 32° Dachneigung. Somit wird die maximale Leistung bei der Dachneigung Ihrer Anlage im Verhältnis eher noch etwas niedriger liegen. Ideal ist bei der Ost-/West-Ausrichtung dass die PV-Anlage in diesem Wohnhaus im Sommer den Eigenverbrauch für ca. 13 Stunden am Tag abdeckt. Ergänzt durch ein kleines und presiwertes Speichersystem könnten hier Autarkiegrade von 70% bis 80% erreicht werden.

Bei der Auslegung Ihrer Anlage kommt es jetzt vor allem darauf an, welche Leistung bzw. wie viele Module installiert werden sollen. Mit den Modulen die ich aktuell anbiete ( Solarworld SW 290 mono+ ) bekommen Sie bei 18 Modulen insgesamt 5,22 kWp unter. Hierfür würde ich z.B. einen Wechselrichter von SolarEdge ( SE4k ) in Verbindung mit den Leistungsoptimierern von SolarEdge einsetzen. Diese Konfiguration hat für Sie mehrere Vorteile:

1.) Alle 18 Module können ohne Ertragsverluste in 1 String verschaltet werden

2.) Die Gerätekombination vermindert zusätzlich eventuelle Verschattungsverluste

3.) Sie bekommen ein Monitoring Online auf Modulebene

4.) Wenn die PV-Anlage abgeschaltet wird begrenzen die Leistungsoptimierer die DC-Spannung auf 1V pro Modul, also auf 18V im String. Das bedeutet, dass Sie selbst dann auf einen "Feuerwehrschalter" verzichten können, selbst wenn dieser einmal zur Nachrüstung bestehender PV-Anlagen vorgeschrieben werden sollte

5.) Die Verlegung der DC-Leitungen innerhalb des Gebäudes muss nicht brandgeschützt ausgeführt werden

6.) Die Leistungsoptimierer von SolarEdge haben 25 Jahre Garantie

7.) Der Wechselrichter von SolarEdge hat standardmäßig 12 Jahre Garantie

Ich hoffe Sie finden in der Nähe Ihres Wohnortes einen kompetenten Installateur der die Rahmenbedingungen Ihrer Anlage optimal in der Planung berücksichtigt

Mit sonnigen Grüßen. Heinz Geckler

Comments

Hallo Herr Geckler,
vielen Dank für Ihre aufschlussreiche Antwort! Ja, ich war auch überrascht von der ersten mir hier erteilten Antwort, zumal ich dieselbe Frage bei
http://www.photovoltaikforum.com/
eingestellt hatte und dort einhellig die auch von Ihnen ausgedrückte Meinung zur WR-Auslegung vertreten wird!
SolarEdge in allen Ehren, aber ich habe da meine Zweifel für meinen Einsatzfall: Ich habe mit keinen Verschattungen zu rechnen, für deren Ausregelung SolarEdge bekannt ist. Und ich hätte neben dem WR mit den Leistungsoptimierern noch 18 weitere elektronische Baugruppen mit einer Ausfallwahrscheinlichkeit. Und wenn von denen einer ausfällt, muss man aufs Dach! Last but not least werden die Investitionskosten wohl dazu führen, dass sich das Projekt wirtschaftlich nicht rechnet. Das ist auch der Grund, weshalb ich derzeit eine Speicherlösung noch verwerfe, zumal ich keinen Keller habe und im HWR kaum Platz für einen Speicher finden würde.
Halten Sie denn eine ca. 5 kWp Anlage für meinen Jahresverbrauch für eine vernünftige Größe, mit der ich in den Bereich von 30 % Eigenverbrauch kommen kann?
Freundliche Grüße
Joachim Senf

---

Hallo Herr Senf,
ich bin bei Ihrer Konfiguration vor allem deswegen auf SolarEdge als eine der möglichen Lösungen gekommen, weil die Konfiguration mit den 2 Ausrichtungen sonst einiges komplexer wird:
- Entweder Sie installieren für jedes Modulfeld einen eigenen Wechselrichter
- oder Sie suchen einen Wechselrichter, der 2 MPP-Tracker hat und der außerdem mit der relativ niedrigen DC-Startspannung bei einem String mit nur 8 Modulen klar kommt

---

Hallo Herr Geckler,
als WR mit 2 MPP-Trackern kommen z. B. von SMA der SB3000TL (bis ca. 4,6 kWp Generatorleistung) od. der SB3600TL (bis ca. 5,1 kWp) infrage, wie mir auch in der Diskussion bei http://www.photovoltaikforum.com/ bestätigt wurde.
Andererseits hat Fronius schon vor Jahren diese Untersuchung veröffentlicht, mit der das sinnvolle Betreiben von O- und W-Dach an nur einem MPP-Tracker nachgewiesen wird:
http://www.fronius.com/cps/rde/xbcr/SID-540368D3-6DCC1060/fronius_international/SE_TA_East_West_Oriented_PV_Systems_With_One_MPP_DE_320590_snapshot.pdf
Es wäre interessant zu erfahren, ob das nur mit Fronius' WR funktioniert od. auch mit denen anderer Hersteller. Wissen Sie od. andere hier im Forum etwas darüber?
Viele Grüße
Joachim Senf

---

Hallo Herr Senf,
ich kenne diese Studien. Leider treffen die darin gemachten Feststellungen bei Ihrer Anlagenkonfiguration nicht zu. Die auch in der Fronius-Studie festgestellten Eregbnisse basiern auf der Auslegung der 2 Teilgeneratoren mit jeweils identischer Modulzahl ( siehe Punkt 4 / Installationsregeln ) in der Studie.

---

Danke Herr Geckler, dass sie meine erste Abschätzung (Wechselrichterleistung sollte bei Ost-West-Anlagen etwas unter der PV-Generatornennleistung liegen) präzisiert haben. Dass bei den von Ihnen betreuten Anlagen die PV-Generatorleistung niemals 70% der Nennleistung übersteigt, wie Ihre Graphik (ich nehme an, sie stammt vom 21. Juni eines Jahres oder ein paar Tage davor oder danach) für alle Dachneigungen größer oder gleich 32° zeigt, hätte ich in erster Abschätzung nicht erwartet.
Es ergeben sich für mich ein paar Folgefragen, die ich aber als neue Frage formulieren werde, damit die Diskussion übersichtlich bleibt.

Answer 2

Guten Tag!

Zunächst ist festzuhalten, dass die wie oben beschriebene Anlage ungefähr 80% des Jahresertrags einer optimal geneigten und nach Süden ausgerichteten (ertragsoptimierten), sonst gleichen PV-Anlage erbringt. Dies kann man überschlägig aus einem Ertragsdiagramm entnehmen, welches den relativen Ertrag für verschiedene Ausrichtungen und Neigungswinkel angibt und u.a. hier rechts auf der Seite gezeigt ist:

http://www.renewable-energy-concepts.com/german/sonnenenergie/basiswissen-solarenergie/ausrichtung-azimuth-stromertrag.html

Da Ihre Anlage aber der Optimierung des Eigenverbrauchs dient und dieser vermutlich über den ganzen Tag verteilt ist, ist eine Ost-West-Ausrichtung günstiger. Der höhere Neigungswinkel von 45° statt den sonst etwa in der Mitte Deutschlands ertragsoptimalen 28° ist auch günstig, da die Sonne im Osten und Westen niedriger steht als im Süden.

Wie der Wechselrichter optimal ausgelegt wird, hängt nun von der Verteilung der zu erwartenden Gleichspannungsleistung des PV-Generators und der Abhängigkeit des Wirkungsgrads des Wechselrichters von dieser Leistung ab. Üblicherweise legt man aktuell die Wechselrichternennleistung bei ertragsoptimierten Anlagen etwa gleich hoch wie die PV-Generatorleistung aus. Vor 15 Jahren, als Wechselrichter im Teillastbetrieb noch deutlich schlechter waren, legte man sie etwa auf 70% der Generatorleistung aus.

Grob geschätzt wird der PV-Generator ihrer Anlage etwas öfter bei Teillast produzieren als bei ertragsoptimierter Ausrichtung. Deshalb vermute ich, dass es günstig ist, einen Wechselrichter zu wählen, dessen Nennleistung etwas unter der PV-Generatorleistung liegt. Eine genaue Aussage ist aber nur mit einem PV-Simulationsprogramm möglich, wobei auch Verschattungen Ihrer Anlage zu berücksichtigen sind.

Mit sonnigen Grüßen, M. Stöhr

Comments

Danke für die schnelle Antwort!
Wenn ich Sie richtig verstehe, sollte die WR-Nennleistung gleich oder geringfügig kleiner als die PV-Generatorleistung sein. Da eine korrekte Auslegung laut Ihrer Antwort aber nur mit einem PV-Simulationsprogramm möglich ist, heißt das für mich, dass ich mich auf die Angebote verlassen muss.
Joachim S.

---

Ja, Sie müssen sich auf die Angebote verlassen, liegen aber vermutlich ziemlich gut, wenn die Wechselrichternennleistung gleich oder geringfügig kleiner als die PV-Generatornennleistung ist. Die Anpassung dieser beiden Nennleistungen wird ja auch dadurch etwas eingeschränkt, dass nicht jede Nennleistung genau verfügbar ist, sprich es nicht für jede beliebige Anzahl an PV-Modulen jedwelcher Art es einen Wechselrichter exakt der gleichen Nennleistung gibt.
Hilfreich dürfte es schon sein, wenn Sie die Anbieter mit der Rückfrage nach der optimalen Konfiguration konfrontieren und ggf. erbeten, eine (weitere) Simulation vorzulegen.

Answer 3

Moin, moin,

ist schon etwas älter, aber deshalb nicht "überholt".

02_08_2013.pdf (0,9 MB)

mfg  tugu

PDF herunterladen: 02_08_2013.pdf

Comments

Hallo Herr Tuguntke,

was folgt nun aus diesem Diagramm, und allgemein aus Ihren Berechnungen und Erfahrungen, für das optimale Verhältnis von PV-Generator- und Wechselrichternennleistung bei ost-west-orientierten Anlagen mit ca. 45° Neigung?

Mit sonnigen Grüßen, M. Stöhr

Answer 4

Ich würde bei der Auslegung folgende Aspekte berücksichtigen:

• Anlagenleistung: die oftmals zitierte "Auslegung auf den Eigenverbrauch" halte ich für Quatsch. Was soll denn das bedeuten? Auslegung auf einen "bilanziellen Autarkiegrad von 100%"? (D. h., die PV-Anlage erzeugt im Jahresmittel so viel, wie im Gebäude verbraucht wird.) Die Eigenverbrauchsquote liegt dann (ohne Speicher) bei rund 40%. ...
  Die Wirtschaftlichkeit ist oftmals genausogut (oder sogar besser), wenn die Dachfläche gut ausgenutzt wird, selbst wenn dann die Eigenverbrauchsquote sinkt. Grund ist, dass die Fixkosten bei Investition und Betriebsführung dann im Verhältnis zu den variablen Kosten geringer sind. Eine ganze Reihe an Kostenbestandteilen sind nämlich unabhängig von der Anlagengröße: Gerüst, Kabeltrasse, Einspeisepunkt, Versicherung, Smart Meter, ...
  Mein Credo lautet daher: so groß, wie es ästhetisch (schön!) möglich ist! (also möglichst nahe an die 10 (bzw. 7) kWp-Grenze). Die EEG-Vergütung für den Überschussstrom bringt zwar keine Rendite, deckt aber zumindest die Stromgestehungskosten weitgehend ab.
  Weiterer Vorteil einer größeren Auslegung:
  + PV-Anlage wirkt als "Strompreisbremse" - und zwar umso stärker, je höher der Autarkiegrad ist. Der Autarkiegrad (nicht die Eigenverbrauchsquote!) steigt mit der Anlagenleistung.
  + auch zukünftig steigender Verbrauch (z. B. Elektroauto!) kann dann gedeckt werden.
• Bei einem steilen Ost-West-Dach kann die Wechselrichterleistung problemlos auf 70% begrenzt werden. Somit wird automatisch und ohne zusätzliche Kosten das Einspeisemanagement nach EEG (Rundsteuerempfänger oder dyn. Einspeisebegrenzung) erfüllt! Bei dieser Dachneigung sind keine Ertragsverluste zu befürchten. Dies kann leicht z. B. mit dem öffentlich zugänglichen Auslegungstool Sunny Design Web von SMA überprüft werden. Das Tool ist auch geeignet, um die Eigenverbrauchsquote recht gut zu berechnen. :-)
• Sowohl die SMA als auch SolarEdge-Wechselrichter werden sehr gute Erträge bringen. SolarEdge ist zunächst teurer, das kann sich aber ggf. ins Gegenteil drehen, wenn aus irgendwelchen Gründen ein Blitz-/Überspannungsschutz erforderlich ist: dann spart man mit SolarEdge ggf. einiges an (teuren) Überspannungsableitern, die ja pro MPP-Tracker erforderlich sind. Ggf. kann man mit SolarEdge auch beim Brandschutz was sparen, falls man das nicht konstruktiv (z. B. durch Verlegung der DC-Kabel ausserhalb des Gebäudes) problemlos hinbekommt.
  Falls keine Probleme mit Verschattung, Blitzschutz oder Brandschutz zu lösen sind ist ein "normaler" Wechselrichter mit 2 MPP-Trackern vollkommen ausreichend. Auslegungen mit nur 1 MPP-Tracker geht, würde ich - insbesondere bei der steilen Dachneigung! - aber nur im "Notfall" machen - dann bitte darauf achten, dass zumindest die Zahl der Module in den jeweiligen Strängen gleich sind. Da es aber passende Wechselrichter mit 2 MPP-Trackern z. B. von SMA gibt, ist das sicher die bessere Lösung.
  

Mein Rat:

• Anlage größer bauen, wenn es geht (z. B. zweite Modulreihe im Westen - abends ist der Stromverbrauch höher als morgens).
• Wechselrichter mit 2 MPP-Tracker wird hier wahrscheinlich zielführend und kostengünstig sein - auf 70% der Modulleistung auslegen!
• Steuerliche Hilfestellung bei Sonnenkraft Freising: "Photovoltaik ohne Finanzamt"